JP2003166764A

JP2003166764A - 冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP2003166764A
Application number: JP2002180153A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Oya; 茂貴大矢
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2003-06-13
Also published as: US6675595B2; US20030051494A1; DE10243374A1

Abstract

(57)【要約】【課題】可変容量型圧縮機を用いるとともに、第１蒸
発器と第２蒸発器とを並列接続する冷凍サイクル装置に
おいて、圧縮機の小容量作動に起因する圧縮機へのオイ
ル戻り不足を解消する。【解決手段】前席側蒸発器に送風する前席側送風機と
後席側蒸発器に送風する後席側送風機を同時運転する同
時運転時に、冷媒の流量が低流量域となることを判定し
（Ｓ２１０）、冷媒の低流量域を判定した後に所定時間
が経過したことを判定すると（Ｓ２３０）、可変容量型
圧縮機の大容量状態と小容量状態とを強制的に切り替え
るオイル戻し容量制御を行う（Ｓ２４０）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は並列に設けた第１、
第２の蒸発器を有する冷凍サイクル装置に関するもの
で、特に車室内前席側の領域を空調する前席側空調ユニ
ットと、車室内後席側の領域を空調する後席側空調ユニ
ットとを備える車両用空調装置に適用して好適である。

【０００２】

【従来の技術】近年、市場においてミニバン等の大型乗
用車の需要が高まり、この大型乗用車においては車室内
容積が大きいので、車両用空調装置にも大能力化が要求
され、それに伴って、車室内空調用のユニットも、車室
内前席側のみに空調ユニットを配置するシングルエアコ
ンから車室内の前席側と後席側の両方に空調ユニットを
配置するデュアルエアコンへと変化してきている。この
デュアルエアコンの冷凍サイクルでは、前席側と後席側
でそれぞれ蒸発器を独立に設けるとともに、圧縮機と凝
縮器は共通使用している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、後席側蒸発
器の低圧配管は、通常、車両の床下に配置され、圧縮機
吸入配管に対して６００ｍｍ程度、低い位置に配置され
ることが多い。そのため、後席側蒸発器出口の低圧配管
に潤滑オイルが溜まって、圧縮機へのオイル戻り量が不
足して圧縮機の潤滑不良が発生し、圧縮機の耐久性に悪
影響を与えるという不具合が発生する。

【０００４】本発明者の実験検討によると、冷凍サイク
ルの圧縮機が吐出容量を変化できる可変容量型圧縮機で
ある場合には、冷房負荷が低くなって圧縮機の吐出容量
が小さくなると、サイクル冷媒流量が低下して冷媒流速
が低下する。この結果、前席側と後席側の両方の空調ユ
ニットを同時運転する場合においても、後席側蒸発器出
口の低圧配管に停滞する潤滑オイルを冷媒流れによって
圧縮機吸入側に十分還流させることができず、圧縮機へ
のオイル戻り不足が起こりやすいことが分かった。

【０００５】なお、特開平９−１０９６５６号公報に
は、前席側蒸発器のごとく主に使用される主蒸発器と、
後席側蒸発器のごとく選択的に使用される副蒸発器とを
並列接続し、かつ、副蒸発器用の電磁弁を持たない冷凍
サイクル装置において、主蒸発器側（前席側）の単独運
転時に圧縮機の連続作動状態が所定時間以上継続される
と、圧縮機吸入側の低圧圧力が変動するように圧縮機作
動を強制的に所定回数だけ断続させ、これにより、主蒸
発器側（前席側）の単独運転に起因する圧縮機へのオイ
ル戻り不足を解消するものが記載されている。

【０００６】また、この従来技術には、別の具体的手段
として、圧縮機として可変容量型の圧縮機を用いて、圧
縮機の吐出容量を強制的に変化させることにより、圧縮
機吸入側の低圧圧力を変動させ、これにより、主蒸発器
側（前席側）の単独運転に起因する圧縮機へのオイル戻
り不足を解消することが記載されている。

【０００７】しかし、上記従来技術は、あくまで、主蒸
発器側（前席側）の単独運転に起因する圧縮機へのオイ
ル戻り不足を解消するものであって、圧縮機の小容量作
動による低冷媒流量に起因するオイル戻り不足を解消し
ようとする考えは上記従来技術に全く開示されていな
い。

【０００８】なお、圧縮機として電動圧縮機を用いて、
モータの回転数制御により圧縮機の吐出流量を制御する
冷凍サイクル装置においても、モータ（圧縮機）回転数
が低下して冷媒流量が低下すると、圧縮機へのオイル戻
り不足が生じる。

【０００９】本発明は上記点に鑑みて、可変容量型圧縮
機や電動圧縮機のように吐出流量を変更可能な圧縮機を
用いるとともに、第１蒸発器と第２蒸発器とを並列接続
する冷凍サイクル装置において、圧縮機の小吐出流量作
動に起因する圧縮機へのオイル戻り不足を解消すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、第１蒸発器（１３）と
第２蒸発器（２５）とを並列接続して、１個の圧縮機
（１５）により第１蒸発器（１３）と第２蒸発器（２
５）に冷媒を循環させるようになっており、第１蒸発器
（１３）に空気を送風する第１送風機（１２）と、第２
蒸発器（２５）に空気を送風する第２送風機（２４）と
を備え、更に、圧縮機を、吐出流量を変更可能な圧縮機
（１５）により構成する冷凍サイクル装置において、第
１送風機（１２）と第２送風機（２４）を同時運転する
同時運転時に、冷媒の流量が低流量域となることを判定
する判定手段（Ｓ２１０）と、冷媒の低流量域を判定し
た後に、冷媒の低流量域の状態が所定時間継続される
と、圧縮機（１５）の大吐出流量状態と小吐出流量状態
とを強制的に切り替える吐出流量切替制御手段（Ｓ２４
０）とを備えることを特徴とする。

【００１１】これにより、第１蒸発器（１３）側と第２
蒸発器（２５）側との同時運転時においても、冷媒の低
流量状態が所定時間継続されると、圧縮機（１５）の大
吐出流量状態と小吐出流量状態とを強制的に切り替え
て、サイクル内冷媒流量を増減できる。

【００１２】そのため、圧縮機（１５）の小吐出流量作
動によるサイクル内冷媒の低流量状態において、第２蒸
発器（２５）の出口側の低圧配管（２８）等に潤滑オイ
ルが溜まっても、圧縮機吐出流量の大小強制切替により
冷媒流量を急増させて停滞オイルを圧縮機吸入側に押し
戻すことができる。そのため、圧縮機（１５）へのオイ
ル戻り不足を未然に解消でき、圧縮機（１５）の潤滑性
を良好に維持できる。

【００１３】請求項２に記載の発明では、請求項１にお
いて、圧縮機は、吐出容量を変更可能な可変容量型圧縮
機（１５）であり、吐出容量を変更することにより吐出
流量を変更するようになっていることを特徴とする。

【００１４】このように、本発明では可変容量型圧縮機
（１５）を用いて、吐出容量の変更により大吐出流量状
態と小吐出流量状態との強制切替を行うことができる。

【００１５】請求項３に記載の発明では、請求項１にお
いて、圧縮機（１５）は、モータ（１５ｄ）により駆動
される電動圧縮機（１５）であり、モータ（１５ｄ）の
回転数制御により吐出流量を変更するようになっている
ことを特徴とする。

【００１６】このように、本発明では電動圧縮機（１
５）を用いて、モータ（１５ｄ）の回転数制御により大
吐出流量状態と小吐出流量状態との強制切替を行うこと
ができる。

【００１７】請求項４に記載の発明のように、請求項２
において、判定手段（Ｓ２１０）は、冷媒の低流量域
を、可変容量型圧縮機（１５）の容量制御電流の値に基
づいて判定することができる。

【００１８】請求項５に記載の発明のように、請求項１
ないし３のいずれか１つにおいて、圧縮機（１５）は、
冷房熱負荷が低下すると吐出流量が低下するように制御
され、判定手段（Ｓ２１０）は、冷媒の低流量域を、冷
房熱負荷と相関のある情報の値に基づいて判定してもよ
い。

【００１９】請求項６に記載の発明では、請求項１ない
し５のいずれか１つにおいて、第１蒸発器（１３）は主
に使用される主蒸発器であり、、第２の蒸発器（２５）
は選択的に使用される副蒸発器であり、第２送風機（２
４）を停止して第１送風機（１２）を単独運転する単独
運転時に、圧縮機（１５）の起動後、所定時間が経過す
ると、圧縮機（１５）の大吐出流量状態と小吐出流量状
態とを強制的に切り替える吐出流量切替制御手段（Ｓ２
８０）を備えることを特徴とする。

【００２０】これにより、第１蒸発器（１３）側の第１
送風機（１２）の単独運転時においても、圧縮機（１
５）の大吐出流量状態と小吐出流量状態との強制切替に
よって、第２蒸発器（２５）の出口側の低圧配管（２
８）等における停滞オイルを圧縮機吸入側に押し戻すこ
とができ、圧縮機（１５）へのオイル戻り不足を未然に
解消できる。

【００２１】請求項７に記載の発明では、請求項１ない
し６のいずれか１つにおいて、吐出流量切替制御手段
（Ｓ２４０、Ｓ２８０）は、圧縮機（１５）の大吐出流
量状態と小吐出流量状態を所定の時間間隔にて複数回切
り替えることを特徴とする。

【００２２】このように吐出流量状態の大小切替を複数
回行うことにより、第２蒸発器（２５）の出口側の低圧
配管（２８）等における停滞オイルをより確実に圧縮機
吸入側に押し戻すことができる。

【００２３】請求項８に記載の発明では、車両用の冷凍
サイクル装置であって、車室内前席側を空調する前席側
空調ユニット（１０）に第１蒸発器（１３）および第１
送風機（１２）を配置し、車室内後席側を空調する後席
側空調ユニット（２２）に、第２蒸発器（２５）および
第２送風機（２４）を配置したことを特徴とする。

【００２４】これにより、前席側空調ユニット（１０）
および後席側空調ユニット（２２）を備えるデュアルエ
アコンタイプの車両用空調装置において、後席側空調ユ
ニット（２２）の第２蒸発器（２５）の出口側の低圧配
管（２８）等に溜まる停滞オイルを圧縮機吸入側に押し
戻して、圧縮機（１５）へのオイル戻り不足を解消でき
る。

【００２５】請求項９に記載の発明では、請求項８にお
いて、第２蒸発器（２５）の出口側の低圧配管（２８）
を車両床下で、圧縮機（１５）の吸入口（１５ｂ）より
低い部位に配置したことを特徴とする。

【００２６】このような配管レイアウトによると、車両
床下の低圧配管（２８）に重力の影響でオイル停滞が一
層生じやすいが、圧縮機（１５）の大吐出流量状態と小
吐出流量状態の強制切替により圧縮機（１５）へのオイ
ル戻り不足を解消できる。

【００２７】請求項１０に記載の発明では、請求項６に
おいて、前記同時運転時における冷媒の低流量域状態の
継続時間を判定する所定時間よりも、前記単独運転時に
おける圧縮機起動後の経過時間を判定する所定時間を長
くしたことを特徴とする。

【００２８】本発明者の実験検討によると、前記同時運
転時における冷媒の低流量域状態の継続に基づいて車両
床下の低圧配管（２８）等に溜まるオイル量よりも、前
記単独運転に基づいて車両床下の低圧配管（２８）等に
溜まるオイル量の方が少ないことを確認している。従っ
て、前記同時運転時の所定時間よりも前記単独運転時の
所定時間を長くした方がよい。

【００２９】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のであって、判定手段は具体的には図７のステップＳ２
１０）により構成され、また、吐出流量切替制御手段は
具体的には図７のステップＳ２４０、Ｓ２８０により構
成される。

【００３０】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１は、第１実
施形態による車両空調用冷凍サイクル装置を示すもので
あり、前席側空調ユニット１０は、車室内の最前部の計
器盤（図示せず）の内側部に配設されて、車室内前席側
の領域を空調するものである。前席側空調ユニット１０
は空気通路を形成するケース１１を有し、このケース１
１の上流側に送風機１２を配置している。この送風機１
２は図示しない内外気切替箱から切替導入される内気ま
たは外気を送風する。

【００３１】送風機１２の下流には送風空気を冷却する
冷却用熱交換器として冷凍サイクルＲの前席側蒸発器
（第１蒸発器）１３が配置されている。ここで、冷凍サ
イクルＲは周知の構成であり、車両エンジン（図示せ
ず）によりベルト、プーリ１４等を介して駆動される圧
縮機１５を備えている。この圧縮機１５は、本例では外
部からの制御信号により吐出容量を連続的に可変する外
部可変容量型圧縮機を用いている。

【００３２】この外部可変容量型圧縮機１５は公知のも
のであり、例えば、斜板型圧縮機において吐出圧と吸入
圧を利用して斜板室の圧力を制御する電磁式圧力制御装
置を持つ容量可変装置１６を備えている。この容量可変
装置１６にて斜板室の圧力を制御することにより斜板の
傾斜角度を可変してピストンのストローク、すなわち圧
縮機吐出容量を略０％〜１００％の範囲で連続的に変化
させることができる。この容量可変装置１６の詳細は後
述する。

【００３３】圧縮機１５により冷媒は高温高圧に圧縮さ
れ、この圧縮機１５の吐出口１５ａから吐出された高圧
ガス冷媒は凝縮器（放熱器）１７に導入され、この凝縮
器１７にてガス冷媒は図示しない冷却ファンにより送風
される外気と熱交換して放熱し凝縮する。凝縮器１７を
通過した冷媒を受液器１８にて液相冷媒と気相冷媒とに
分離するとともに、液相冷媒を受液器１８内に貯留す
る。

【００３４】受液器１８からの液冷媒を温度式膨張弁
（減圧手段）１９にて低圧の気液２相冷媒に減圧し、こ
の減圧後の低圧冷媒を上記の前席側蒸発器１３において
空調空気から吸熱して蒸発させるようになっている。

【００３５】温度式膨張弁１９は周知のごとく前席側蒸
発器１３出口の冷媒過熱度が所定値に維持されるように
弁開度を自動調整するものである。そのため、温度式膨
張弁１９は、前席側蒸発器１３出口の冷媒温度を感知す
る感温部と、この感温部の感知した冷媒温度に対応した
圧力が加えられる第１圧力室と、蒸発器１３の冷媒圧力
（サイクル低圧）が加えられる第２圧力室と、この第
１、第２圧力室を仕切るダイヤフラムとを備え、第１、
第２圧力室の圧力差とばね力とに応じてダイヤフラムお
よび弁体が変位して冷媒流量を調整するようになってい
る。

【００３６】前席側蒸発器１３において蒸発した後のガ
ス冷媒は再度、圧縮機１５に吸入され、圧縮される。な
お、冷凍サイクルＲのうち、圧縮機１５、凝縮器１７、
受液器１８等の機器は、車室より前方側のエンジンルー
ム（図示せず）内に配置されている。

【００３７】前席側空調ユニット１０のケース１１内に
おいて、蒸発器１３の空気吹出部には温度センサ２１が
配置され、この温度センサ２１により検出される蒸発器
吹出空気温度（蒸発器冷却温度）に応じて圧縮機１５の
吐出容量を可変することにより蒸発器１３の冷却能力を
制御するようになっている。

【００３８】前席側空調ユニット１０のケース１１内に
おいて、蒸発器１３の空気流れ下流側には、車両エンジ
ンからの温水により空調空気を加熱するヒータコア（図
示せず）、このヒータコアを通過して加熱される温風と
ヒータコアをバイパスする冷風との風量割合を調整して
吹出空気温度を調整するエアミックスドア（図示せず）
等が配置されている。そして、前席側空調ユニット１０
のケース１１の下流端には、図示しないデフロスタ吹出
開口部、フェイス吹出開口部およびフット吹出開口部が
開口しており、これらの開口部は図示しない吹出モード
ドアにより切替開閉され、各開口部を通過した空調空気
は、それぞれ車両窓ガラスの内面、前席側乗員の頭部、
足元部に向けて吹き出される。

【００３９】次に、後席側空調ユニット２２について説
明する。この後席側空調ユニット２２は車室内の後席側
を空調するように車室内の後部側等に配置される。後席
側空調ユニット２２は空気通路を形成するケース２３を
有し、このケース２３の上流側に内気（車室内空気）を
吸入して送風する送風機２４が配置され、この送風機２
４の下流側に後席側蒸発器（第２蒸発器）２５が配置さ
れている。

【００４０】後席側蒸発器２５の空気流れ下流側には、
車両エンジンからの温水により空調空気を加熱するヒー
タコア（図示せず）等が配置されている。そして、後席
側空調ユニット２２において、ケース２３の下流側端部
に後席側フェイス吹出開口部および後席側フット吹出開
口部が設けられている。これらの開口部は図示しない吹
出モードドアにより切替開閉され、空調空気は後席側フ
ェイス吹出開口部から後席側フェイスダクトを通過して
後席側乗員の頭部側に向けて吹き出す。また、空調空気
は後席側フット吹出開口部から後席側フットダクトを通
過して後席側乗員の足元部に向けて吹き出す。

【００４１】後席側蒸発器２５の冷媒入口部には後席側
温度式膨張弁２６が備えられている。この後席側温度式
膨張弁２６は、前席側温度式膨張弁１９と同様のもので
あり、受液器１８からの高温高圧の液冷媒を低温低圧の
気液２相冷媒に減圧する減圧手段をなすものである。こ
の後席側温度式膨張弁２６は、後席側蒸発器２５の出口
冷媒の過熱度が予め設定した所定値となるように弁開度
を調整して、冷媒流量を調整する。

【００４２】なお、冷凍サイクルＲにおいて、後席側の
温度式膨張弁２６の入口側は床下高圧配管２７を介して
前席側の温度式膨張弁１９の入口側配管（高圧配管）に
接続され、また、後席側の蒸発器２５の出口側は床下低
圧配管２８を介して前席側の蒸発器１３の出口側配管
（低圧配管）に接続されている。これにより、冷凍サイ
クルＲにおいて、後席側の蒸発器２５および温度式膨張
弁２６は前席側の蒸発器１３および温度式膨張弁１９と
並列に接続されている。

【００４３】上記の床下高圧配管２７および床下低圧配
管２８は、車室床面の下側空間に配置されるので、圧縮
機１５の吸入口１５ｂより所定量（例えば、６００ｍｍ
程度）だけ低い部位に配置される。

【００４４】圧縮機１５の容量可変装置１６の電磁式圧
力制御装置は、圧縮機１５の吐出圧と吸入圧を利用して
制御圧力（斜板室圧力）を変化させるものであり、図２
に示す制御電流Ｉｎにより電磁力が調整される電磁機
構、およびこの電磁機構の電磁力と吸入圧との釣り合い
によって変位する弁体を有し、この弁体により圧縮機１
５の吐出圧を斜板室内に導く通路の圧損を調整して、制
御圧力を変化させるようになっている。

【００４５】容量可変装置１６の電磁式圧力制御装置へ
の通電は図３の空調制御装置３０の出力により制御さ
れ、例えば、容量可変装置１６の制御電流Ｉｎを増大さ
せると、圧縮機吐出容量が増大方向に変化するようにな
っている。つまり、容量可変装置１６の制御電流Ｉｎ
は、直接的には冷凍サイクルの低圧圧力（吸入圧）Ｐｓ
（図２）の目標圧力を決めるものであり、制御電流Ｉｎ
の増加に反比例して低圧圧力Ｐｓの目標圧力が図２のよ
うに低下するので、制御電流Ｉｎの増加により圧縮機吐
出容量が増大方向に変化する。

【００４６】従って、制御電流Ｉｎの増減により圧縮機
１５の吐出容量、ひいては吐出冷媒流量が増減して実際
の低圧圧力Ｐｓを上下させて、蒸発器１３の温度（蒸発
器吹出温度）が所定の目標温度（低圧圧力Ｐｓの目標圧
力に対応した温度）となるように蒸発器１３の冷却能力
を制御できる。ここで、制御電流Ｉｎは具体的にはデュ
ーティ制御により可変するが、制御電流Ｉｎの値をデュ
ーティ制御によらず直接増減してもよい。

【００４７】なお、本例の圧縮機１５はその吐出容量を
略０％付近まで減少させるものであるから、圧縮機１５
に運転断続用の電磁クラッチを備えていないが、圧縮機
１５に電磁クラッチを備えて、吐出容量が略０％付近ま
で減少したときに電磁クラッチへの通電を遮断して圧縮
機１５の運転を停止する構成としてもよい。

【００４８】図３は本実施形態の電気制御の概要ブロッ
ク図であり、空調用制御装置（ＥＣＵ）３０はマイクロ
コンピュータとその周辺回路から構成されるもので、温
度センサ２１により検出される蒸発器吹出空気温度Ｔｅ
の他に、センサ群３１から外気温Ｔａｍ、内気温Ｔｒ、
日射量Ｔｓ、温水温度Ｔｗ等の検出信号が入力される。
また、前席側操作パネル３２の各種操作部材から車室温
の設定温度、風量調整、内外気モード切替、吹出モード
切替、圧縮機オンオフ等の操作信号が空調用制御装置３
０に入力される。

【００４９】一方、後席側操作パネル３３の各種操作部
材からは、後席側の風量調整、吹出モード切替等の操作
信号が空調用制御装置３０に入力される。なお、この後
席側の風量調整および吹出モード切替の操作信号につい
ては、前席側操作パネル３２からも入力できるようにし
てもよい。空調用制御装置３０は予め設定されたプログ
ラムに従って所定の演算処理を行って出力信号を出し、
前席側および後席側の空調機器（送風機１２、２４等の
駆動用モータ群、および容量可変装置１６）の作動を制
御する。

【００５０】次に、上記構成において作動を説明する。
まず、図１の前席側空調ユニット１０および後席側空調
ユニット２２をともに作動させるときは、前後両方の送
風機１２、２４が作動して、両空調ユニット１０、２２
に送風する。そして、図３の前席側操作パネル３２の操
作部材の１つとして備えられているエアコンスイッチ
（圧縮機作動スイッチ）が投入されると、空調用制御装
置３０にて圧縮機１５の容量可変装置１６の制御電流Ｉ
ｎが後述の方法により算出され、圧縮機１５が所定の吐
出容量の状態にて車両エンジンにより駆動される。

【００５１】これにより、前席側空調ユニット１０にお
いては、送風空気を蒸発器１３により冷却、除湿して、
車室内の前席側空間へ冷風を吹き出すことができる。同
様に、後席側空調ユニット２２においても、送風空気を
蒸発器２５により冷却、除湿して、車室内の後席側空間
へ冷風を吹き出すことができる。

【００５２】前後両方の空調ユニット１０、２２を上記
のように同時運転しているときは、前後の温度式膨張弁
１９、２６がそれぞれ前後の蒸発器１３、２５の冷房熱
負荷に対応した弁開度に調整され、その冷房熱負荷に対
応した流量の冷媒を常時、各蒸発器１３、２５の流路を
通過させる。

【００５３】前後の両空調ユニット１０、２２を上記の
ように同時運転しているときでも、蒸発器１３、２５の
吸い込み空気温度が低下して冷房熱負荷が低下すると、
可変容量型圧縮機１５の吐出容量が減少してサイクル内
の循環冷媒流量が減少し、その結果、冷媒流速が低下す
るので、冷媒中に含まれる圧縮機用潤滑オイルが後席側
蒸発器２５の出口側に位置する床下低圧配管２８等に溜
まり、圧縮機１５へのオイル戻り不足が発生する。

【００５４】また、後席側空調ユニット２２の送風機２
４を停止して前席側空調ユニット１０の単独運転を行う
時は、次の別の理由（特開平２０００−２８３５７６号
に記載の理由）にて潤滑オイルが床下低圧配管２８等に
溜まり、圧縮機１５へのオイル戻り不足が発生する。

【００５５】すなわち、この前席側空調ユニット１０の
単独運転時には、後席側蒸発器２５への送風が停止され
るので、後席側蒸発器２５内に溜まっている液冷媒が徐
々に蒸発するが、この液冷媒の蒸発が完了すると、後席
側蒸発器２５の温度は周囲雰囲気の温度（室温）に向か
って上昇していく。

【００５６】従って、後席側空調ユニット２２の減圧手
段をなす温度式膨張弁２６の感温部の温度も周囲雰囲気
の温度（室温）に向かって上昇し、この温度上昇過程に
おいて後席側蒸発器２５の出口冷媒の過熱度が上昇する
ことにより、温度式膨張弁２６の弁体が微小開度だけ開
く。すると、温度式膨張弁２６を通過した低圧冷媒が後
席側蒸発器２５に流入する。

【００５７】その結果、後席側蒸発器２５で液冷媒の蒸
発が再開され、蒸発器２５の温度（冷媒の過熱度）が低
下するので、若干の時間経過後に温度式膨張弁２６の弁
体が再び全閉状態に戻る。そして、温度式膨張弁２６の
全閉後に、時間が経過して冷媒の蒸発が完了して冷媒過
熱度が上昇すると、温度式膨張弁２６の弁体が再び微小
開度だけ開く。

【００５８】このように、前席側単独運転時において
は、後席側の温度式膨張弁２６が微小な開閉を繰り返す
のであるが、後席側の温度式膨張弁２６の微小開弁時に
後席側蒸発器２５には冷媒とともに潤滑オイルも流入し
てくる。その際、冷媒は蒸発してガス状となって圧縮機
１５に吸入されるが、潤滑オイルは冷媒に比して蒸発温
度がはるかに高いので蒸発しない。

【００５９】そして、温度式膨張弁２６の微小開弁によ
り発生する微小流れでは液相の潤滑オイルを下流側に押
し出すことができないので、液相の潤滑オイルが蒸発器
２５内とか蒸発器２５出口の床下低圧配管２８内に溜ま
っていく。特に、後席側蒸発器２５出口の床下低圧配管
２８は、圧縮機１５の吸入口１５ｂに対して６００ｍｍ
程度、低い位置に配置されることが多いので、後席側蒸
発器２５出口の床下低圧配管２８に潤滑オイルが溜まり
やすい。

【００６０】本実施形態は、上記した前後の両空調ユニ
ット１０、２２の同時運転時、および前席側単独運転時
の双方における、圧縮機１５へのオイル戻り不足を解消
する圧縮機容量制御を特徴としている。

【００６１】次に、圧縮機１５の容量制御を図４により
説明すると、図４は空調用制御装置３０により実行され
る制御ルーチンであり、前席側操作パネル３２のエアコ
ンスイッチの投入によりスタートし、そして、ステップ
Ｓ１００にてセンサ２１、３１の検出信号、操作パネル
３２、３３からの操作信号等を読み込む。次に、ステッ
プ１１０にて車室内への吹出空気の目標吹出温度ＴＡＯ
を算出する。この目標吹出温度ＴＡＯは空調熱負荷変動
にかかわらず、前席側操作パネル３２で乗員が設定した
設定温度Ｔｓｅｔに車室内を維持するために必要な車室
内への吹出空気温度であって、ＴＡＯは公知のごとく設
定温度Ｔｓｅｔ、外気温Ｔａｍ、内気温Ｔｒ、日射量Ｔ
ｓに基づいて算出する。

【００６２】次に、ステップＳ１２０にて目標蒸発器温
度ＴＥＯを算出する。この目標蒸発器温度ＴＥＯは蒸発
器吹出空気の目標温度であり、上記ＴＡＯにより車室内
温度制御のために決定される第１目標蒸発器温度ＴＥＯ
１と、外気温Ｔａｍに基づいて決定される第２目標蒸発
器温度ＴＥＯ２のうち、低い方の温度を最終的にＴＥＯ
として算出する。すなわち、ＴＥＯ＝ＭＩＮ（ＴＥＯ
１、ＴＥＯ２）である。第１目標蒸発器温度ＴＥＯ１は
図５のマップに例示するように上記ＴＡＯの上昇につれ
て上昇するように決定される。また、第２目標蒸発器温
度ＴＥＯ２は図６のマップに例示するように外気温Ｔａ
ｍに基づいて決定される。

【００６３】具体的には、第２目標蒸発器温度ＴＥＯ２
は、外気温Ｔａｍの中間温度域（例えば、１８°Ｃ〜２
５°Ｃ）では冷房、除湿の必要性が低下するので、第２
目標蒸発器温度ＴＥＯ２を高く（例えば１２°Ｃ）し
て、圧縮機１５の駆動動力を低減することにより車両エ
ンジンの省動力を図る。一方、外気温Ｔａｍが２５°Ｃ
を越える夏期の高温時には冷房能力確保のため、ＴＥＯ
２を外気温度Ｔａｍの上昇に反比例して低下させる。ま
た、外気温Ｔａｍが１８°Ｃより低くなる低温域では、
窓ガラス曇り防止のための除湿能力確保のために、ＴＥ
Ｏ２を外気温Ｔａｍの低下とともに低下させるようにな
っている。なお、図５、図６の例では、蒸発器１３での
臭い発生を抑制するため、ＴＥＯ１、ＴＥＯ２の上限を
１２°Ｃにしている。

【００６４】次に、ステップＳ１３０にて、圧縮機容量
制御のための制御電流Ｉｎを算出する。この制御電流Ｉ
ｎは前述の図２に示すように圧縮機１５の容量可変装置
１６における電磁式圧力制御装置の目標低圧圧力を決定
するものであって、制御電流Ｉｎは、蒸発器吹出温度セ
ンサ２１により検出される実際の蒸発器吹出温度Ｔｅが
目標蒸発器吹出温度ＴＥＯとなるように決定される。

【００６５】この制御電流値Ｉｎの具体的算出方法とし
ては、まず、実際の蒸発器吹出温度Ｔｅと目標蒸発器吹
出温度ＴＥＯとの偏差Ｅｎ（Ｅｎ＝Ｔｅ−ＴＥＯ）を算
出し、この偏差Ｅｎに基づいて制御電流Ｉｎを比例積分
制御（ＰＩ制御）によるフィードバック制御の手法にて
算出すればよい。

【００６６】次に、ステップＳ１４０にて上記の制御電
流Ｉｎが圧縮機１５の容量可変装置１６の電磁式圧力制
御装置に出力され、圧縮機１５の容量制御が実行され
る。

【００６７】次に、図７は図４の基本制御ルーチンに対
して所定の時間間隔にて割り込み制御されるサブルーチ
ンであり、先ず、ステップＳ２００にて後席側送風機２
４が作動しているか判定する。後席側送風機２４が作動
している時、すなわち、前後の両空調ユニット１０、２
２の同時運転時にはステップＳ２１０に進み、冷凍サイ
クルの冷媒流量が低流量域にあるか判定する。

【００６８】冷凍サイクルの冷媒流量は圧縮機１５の吐
出容量と相関があり、そして、圧縮機１５の吐出容量は
容量可変装置１６の制御電流Ｉｎの値と相関があるか
ら、ステップＳ２１０の判定は制御電流Ｉｎに基づいて
行うことができる。より具体的には、制御電流Ｉｎが図
２の所定値Ｉａ以下であるときを低冷媒流量域であると
判定する。

【００６９】冷媒流量が低流量域にあるときはステップ
Ｓ２２０に進み、タイマーのカウントをスタートさせ
る。次に、ステップＳ２３０にてタイマーのカウント
時間ｔ１が第１所定時間ｔａ以上になったか判定する。
ここで、第１所定時間ｔａは、前後の両空調ユニット１
０、２２の同時運転時に低冷媒流量の状態で冷凍サイク
ルＲが作動したときに、潤滑オイルが床下低圧配管２８
等に所定量（圧縮機１５が潤滑不足までに至らないレベ
ルの量）溜まる時間であり、各冷凍サイクル毎に実験等
により決定するものである。第１所定時間ｔａは例え
ば、１０分から３０分程度の時間である。

【００７０】タイマーのカウント時間ｔ１が第１所定
時間ｔａ以上になると、ステップＳ２４０に進み、オイ
ル戻しのための容量制御を行う。図８はこのオイル戻し
容量制御の具体例を示すものであり、本例では、制御電
流Ｉｎを最大値（ＭＡＸ）と最小値との間で強制的に断
続変化させる。より具体的には、制御電流Ｉｎ＝０の期
間を１０秒間（図中の１０Ｓの期間）維持し、その後
に、制御電流Ｉｎ＝最大値の期間を１０秒間維持し、こ
れを交互に３回繰り返すようにしている。これがオイル
戻し容量制御の具体例であり、このオイル戻し容量制御
を実行した後に通常時容量制御に移行する。

【００７１】図８のオイル戻し容量制御によるサイクル
挙動を説明すると、制御電流Ｉｎ＝０の期間では、圧縮
機１５の吐出容量が最小容量となり、サイクル循環冷媒
流量が急減する。このため、前後の両蒸発器１３、２５
の出口冷媒温度が上昇して過熱度が増大するので、前後
の両膨張弁１９、２６の開度が増加する。次に、制御電
流Ｉｎ＝最大値（ＭＡＸ）の期間では、圧縮機１５の吐
出容量が最大容量となり、しかも、前後の両膨張弁１
９、２６の開度が事前に増加しているので、サイクル循
環冷媒流量が急増する。

【００７２】この冷媒流量の急増により、床下低圧配管
２８等に溜まっている潤滑オイルを圧縮機１５の吸入口
１５ｂ側に押し戻すことができる。図９（ａ）は図８の
制御例に対応するものであり、図８、図９（ａ）の制御
例によると、上記の冷媒流量の急増が３回繰り返される
ので、図９（ｂ）に示すように、サイクル内のオイル循
環率を階段状に上昇させることができる。なお、オイル
循環率は、潤滑オイル量／（潤滑オイル＋冷媒量）×１
００（％）で表される。また、図９（ｂ）の破線Ｘは圧
縮機単体の耐久品質を保証する最低保証オイル循環率を
示す。図７で説明した第１所定時間ｔａはサイクル内の
オイル循環率が最低保証オイル循環率に低下する以前
に、オイル戻し容量制御を開始するように設定してい
る。

【００７３】図９（ｃ）は蒸発器吹出温度の変化を示す
ものであり、この蒸発器吹出温度の変化幅が５℃以内に
なるように、制御電流Ｉｎ＝０の期間と制御電流Ｉｎ＝
最大値の期間を決めている。これにより、オイル戻し容
量制御の実施による車室内空調フィーリングの悪化を抑
制できる。

【００７４】なお、上記のオイル戻し容量制御をステッ
プＳ２４０で実行した後に、ステップＳ２５０にてタイ
マーをリセットする。また、ステップＳ２１０にて冷
媒低流量域が判定されないとき（ＮＯのとき）は上記の
オイル戻し容量制御（Ｓ２４０）を実行しない。

【００７５】一方、ステップＳ２００において後席側送
風機２４が作動していないと判定されたとき、すなわ
ち、前席側空調ユニット１０の単独運転時には、ステッ
プＳ２６０に進み、タイマーのカウントをスタートさ
せる。次に、ステップＳ２７０にてタイマーのカウン
ト時間ｔ２が第２所定時間ｔｂ以上になったか判定す
る。ここで、第２所定時間ｔｂは、前席側空調ユニット
１０の単独運転時に、前述の理由にて潤滑オイルが床下
低圧配管２８等に所定量（圧縮機１５が潤滑不足までに
至らないレベルの量）溜まる時間であり、各冷凍サイク
ル毎に実験等により決定するものである。第２所定時間
ｔｂは第１所定時間ｔａより大きい時間であり、例え
ば、３０分から１２０分程度の時間である。

【００７６】タイマーのカウント時間ｔ２が第２所定
時間ｔｂ以上になると、ステップＳ２８０に進み、オイ
ル戻しのための容量制御を行う。この前席側空調ユニッ
ト１０の単独運転時におけるオイル戻し容量制御も基本
的には図８に示す前後の両空調ユニット１０、２２の同
時運転時におけるオイル戻し容量制御と同じ制御パータ
ーンでよい。このオイル戻し容量制御の実施により冷媒
流量を断続的に急増させて、床下低圧配管２８等に溜ま
ったオイルを圧縮機吸入側に良好に押し戻すことができ
る。

【００７７】（第２実施形態）第１実施形態では、外部
可変容量型圧縮機１５として、容量可変装置１６の制御
電流Ｉｎにより図２のように低圧圧力Ｐｓの目標圧力を
設定して、低圧圧力Ｐｓがこの目標圧力に維持されるよ
うに吐出容量を増減させるもの（低圧圧力制御式）を用
いているが、第２実施形態では、外部可変容量型圧縮機
１５として、容量可変装置１６の制御電流Ｉｎにより図
１０のように圧縮機吐出流量の目標流量Ｇｒｏを設定し
て、圧縮機吐出流量が目標吐出流量Ｇｒｏに維持される
ように吐出容量を増減させるもの（吐出流量制御式）を
用いる。

【００７８】より具体的に説明すると、第２実施形態に
よる吐出流量制御式の外部可変容量型圧縮機１５におい
ては、その吐出側に絞り部を設けており、この絞り部前
後に発生する差圧は吐出流量と比例関係にある。従っ
て、この絞り部前後の差圧が目標差圧となるように吐出
容量を増減させれば、圧縮機吐出流量が目標吐出流量Ｇ
ｒｏに維持される。

【００７９】そこで、容量可変装置１６に、制御電流Ｉ
ｎにより電磁力が決定される電磁機構を設け、この電磁
機構により上記目標差圧に相当する電磁力を決定し、こ
の目標差圧に相当する電磁力と絞り部前後の差圧による
力との釣り合いにより弁開度を増減する弁機構を容量可
変装置１６に備える。

【００８０】この弁機構の弁開度の増減により斜板室の
圧力を制御することにより、斜板の傾斜角度を可変して
圧縮機吐出容量を略０％〜１００％の範囲で連続的に変
化させることができる。このような吐出流量制御式の外
部可変容量型圧縮機１５を用いても第１実施形態と同様
の作用効果を発揮できる。

【００８１】（第３実施形態）第１、第２実施形態で
は、いずれも、圧縮機として吐出容量を変更可能な外部
可変容量型圧縮機１５を用い、吐出容量の変更により吐
出流量を変更する場合について説明したが、第３実施形
態では図１１に示すように圧縮機として電動圧縮機１５
を用いている。この電動圧縮機１５は、モータ１５ｄと
モータ１５ｄにより駆動される圧縮機構部１５ｅとを一
体化したものである。モータ１５ｄは具体的には３相交
流モータであり、また、圧縮機構部１５ｅは周知のスク
ロール式圧縮機構である。

【００８２】モータ１５ｄに付与される３相交流電源の
周波数をインバータ１５ｆにより可変制御することによ
りモータ回転数を制御し、モータ回転数の高低に応じて
電動圧縮機１５の冷媒吐出流量を増減できる。インバー
タ１５ｆは空調用制御装置３０の制御出力により制御さ
れる。

【００８３】第３実施形態によると、図７のステップＳ
２４０およびステップＳ２８０では、モータ１５ｄの高
回転数設定による大吐出流量状態と、モータ１５ｄの低
回転数設定による小吐出流量状態とを交互に強制的に繰
り返すことにより、第１、第２実施形態と同様の作用効
果を発揮できる。

【００８４】（他の実施形態）上述の第１実施形態で
は、図７のステップＳ２１０において、前後の両空調ユ
ニット１０、２２の同時運転時における低冷媒流量域の
判定を容量可変装置１６の制御電流Ｉｎのみに基づいて
判定しているが、サイクル内の冷媒流量は、圧縮機１５
の吐出容量と回転数の積で表されるから、圧縮機１５の
吐出容量に対応する制御電流Ｉｎの他に、圧縮機１５の
回転数情報を考慮して、低冷媒流量域の判定を行うよう
にすれば、判定の精度を向上できる。なお、圧縮機１５
は車両エンジンにより回転駆動されるから、圧縮機１５
の回転数情報としてエンジン回転数を使用できる。

【００８５】また、低冷媒流量域、つまり、可変容量型
圧縮機１５の小容量域、あるいは電動圧縮機１５の低回
転域は冷房熱負荷が小さいときに設定されるから、低冷
媒流量域を冷房熱負荷と相関のある情報の値に基づいて
判定するようにしてもよい。具体的には、前席側蒸発器
１３の吸い込み空気温度、外気温等に基づいて低冷媒流
量域（冷房低負荷時）の判定を行うようにしてもよい。
なお、前席側蒸発器１３の吸い込み空気温度は空気吸い
込みモードが内気モードであれば内気温Ｔｒを用い、ま
た、空気吸い込みモードが外気モードであれば外気温Ｔ
ａｍを用いればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す車両空調用冷凍サ
イクル装置の全体構成図である。

【図２】第１実施形態の可変容量型圧縮機の制御特性図
である。

【図３】第１実施形態における電気制御部の概略ブロッ
ク図である。

【図４】第１実施形態における可変容量型圧縮機の容量
制御のフローチャートである。

【図５】第１実施形態において車室内への目標吹出温度
に応じて決定される第１目標蒸発器吹出温度の特性図で
ある。

【図６】第１実施形態において外気温に応じて決定され
る第２目標蒸発器吹出温度の特性図である。

【図７】第１実施形態において可変容量型圧縮機のオイ
ル戻しのための容量制御のフローチャートである。

【図８】第１実施形態において可変容量型圧縮機のオイ
ル戻しのための容量制御の作動説明図である。

【図９】第１実施形態においてオイル戻しのための容量
制御とオイル循環率および蒸発器吹出温度との関係を示
す作動説明図である。

【図１０】第２実施形態の可変容量型圧縮機の制御特性
図である。

【図１１】第３実施形態の電動圧縮機の制御ブロック図
である。

【符号の説明】

１０…前席側空調ユニット、１３…前席側蒸発器、１５
…圧縮機、１７…凝縮器、１９…前席側膨張弁、２２…
後席側空調ユニット、２５…後席側蒸発器、２６…後席
側膨張弁。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１蒸発器（１３）と第２蒸発器（２
５）とを並列接続して、１個の圧縮機（１５）により前
記第１蒸発器（１３）と前記第２蒸発器（２５）に冷媒
を循環させるようになっており、前記第１蒸発器（１３）に空気を送風する第１送風機
（１２）と、前記第２蒸発器（２５）に空気を送風する
第２送風機（２４）とを備え、更に、前記圧縮機を、吐出流量を変更可能な圧縮機（１
５）により構成する冷凍サイクル装置において、前記第１送風機（１２）と前記第２送風機（２４）を同
時運転する同時運転時に、前記冷媒の流量が低流量域と
なることを判定する判定手段（Ｓ２１０）と、前記冷媒の低流量域を判定した後に、前記冷媒の低流量
域の状態が所定時間継続されると、前記圧縮機（１５）
の大吐出流量状態と小吐出流量状態とを強制的に切り替
える吐出流量切替制御手段（Ｓ２４０）とを備えること
を特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】前記圧縮機は、吐出容量を変更可能な可
変容量型圧縮機（１５）であり、前記吐出容量を変更す
ることにより前記吐出流量を変更するようになっている
ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】前記圧縮機は、モータ（１５ｄ）により
駆動される電動圧縮機（１５）であり、前記モータ（１
５ｄ）の回転数制御により前記吐出流量を変更するよう
になっていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サ
イクル装置。
【請求項４】前記判定手段（Ｓ２１０）は、前記冷媒
の低流量域を、前記可変容量型圧縮機（１５）の容量制
御電流の値に基づいて判定することを特徴とする請求項
２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】前記圧縮機（１５）は、冷房熱負荷が低
下すると前記吐出流量が低下するように制御され、前記
判定手段（Ｓ２１０）は、前記冷媒の低流量域を、前記
冷房熱負荷と相関のある情報の値に基づいて判定するこ
とを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載
の冷凍サイクル装置。
【請求項６】前記第１蒸発器（１３）は主に使用され
る主蒸発器であり、、前記第２の蒸発器（２５）は選択
的に使用される副蒸発器であり、前記第２送風機（２４）を停止して前記第１送風機（１
２）を単独運転する単独運転時に、前記圧縮機（１５）
の起動後、所定時間が経過すると、前記圧縮機（１５）
の大吐出流量状態と小吐出流量状態とを強制的に切り替
える吐出流量切替制御手段（Ｓ２８０）を備えることを
特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷
凍サイクル装置。
【請求項７】前記吐出流量切替制御手段（Ｓ２４０、
Ｓ２８０）は、前記圧縮機（１５）の大吐出流量状態と
小吐出流量状態を所定の時間間隔にて複数回切り替える
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記
載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】車両用の冷凍サイクル装置であって、車
室内前席側を空調する前席側空調ユニット（１０）に前
記第１蒸発器（１３）および前記第１送風機（１２）を
配置し、車室内後席側を空調する後席側空調ユニット（２２）
に、前記第２蒸発器（２５）および前記第２送風機（２
４）を配置したことを特徴とする請求項１ないし７のい
ずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】前記第２蒸発器（２５）の出口側の低圧
配管（２８）を車両床下で、前記圧縮機（１５）の吸入
口（１５ｂ）より低い部位に配置したことを特徴とする
請求項８に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】前記同時運転時における前記冷媒の低
流量域状態の継続時間を判定する所定時間よりも、前記
単独運転時における前記圧縮機起動後の経過時間を判定
する所定時間を長くしたことを特徴とする請求項６に記
載の冷凍サイクル装置。